[发明专利]一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统及方法

说明书

本发明提供的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统及方法，包括备煤单元、气化炉、废热锅炉、高温除尘单元、水汽变换塔、精脱硫塔、引射器、燃料电池、纯氧燃烧器、燃气透平、阴极空气压缩机、阴极回热器、空气透平、余热锅炉和汽轮机；本发明避免了合成气降温脱硫再升温反应的过程，合成气显热全部输入了燃料电池单元；同时，避免了基于合成气溶液吸收法的脱硫过程，减少了吸收过程中合成气有效气的损失，大幅度提高了全系统的发电效率；同时省去了复杂的合成气冷却降温与溶液吸收法脱硫过程，简化了发电系统流程，提高了全系统运行稳定性与控制灵活性。

技术领域

本发明属于洁净煤发电技术领域，具体涉及一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统及方法。

背景技术

煤炭是我国能源安全的重要保障。整体煤气化燃料电池发电系统IGFC是将整体煤气化联合循环发电与高温燃料电池结合的发电系统，IGFC以其突破卡诺循环理论效率限制，具有高发电效率、污染物与CO₂能达到近零排放的特性，将成为未来煤基发电的重要选择。

然而在IGFC的煤气化过程中通常会采用常温或低温吸收溶剂脱除H₂S，高温合成气必须经历降温再升温利用的过程，这样对全系统冷能与热能的消耗都非常不利，“冷热病”问题较为严重，系统总体能源利用效率难以提高。

高温净化技术包括高温除尘与干法脱硫技术，高温除尘技术在煤气化过程中应用较为普遍，干法脱硫技术一般采用ZnO与H₂S反应，脱除合成气中的硫份，但ZnO的硫容有限，仅可作为预脱硫后的精脱硫工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统及方法，解决了现有的IGFC的煤气化过程中，存在的能源利用效率难以提高的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，包括备煤单元、气化炉、废热锅炉、高温除尘单元、水汽变换塔、精脱硫塔、引射器、燃料电池、纯氧燃烧器、燃气透平、阴极空气压缩机、阴极回热器、空气透平、余热锅炉和汽轮机，其中，煤单元上设置有原煤入口和脱硫剂入口，所述备煤单元的混合物出口连接气化炉的入口；所述气化炉上的高温粗合成气出口连接废热锅炉的入口，废热锅炉上设置的饱和蒸汽出口连接余热锅炉的入口；废热锅炉上设置的粗合成气出口连接高温除尘单元的入口，所述高温除尘单元上的合成气出口分为两路，一路与废热锅炉的合成气入口连接；另一路与水汽变换塔的入口连接；水汽变换塔的合成气出口连接精脱硫塔的入口，精脱硫塔上设置的脱硫合成气出口连接引射器的入口；引射器的合成气出口连接燃料电池的阳极，燃料电池的阳极出口分为两路，一路连接引射器，另一路连接纯氧燃烧器的入口；纯氧燃烧器的尾气出口连接燃气透平，燃气透平的尾气出口连接余热锅炉的入口；

阴极空气压缩机上设置有空气入口，阴极空气压缩机的高压空气出口与阴极回热器的冷侧入口连接，阴极回热器的冷侧出口与燃料电池的阴极入口连接；燃料电池的阴极出口与阴极回热器热侧入口连接，阴极回热器的热侧出口连接空气透平，空气透平的尾气出口连接余热锅炉的入口；

余热锅炉的高压过热蒸汽出口连接汽轮机的入口；汽轮机的中压蒸汽出口分别与水汽变换塔的蒸汽入口、气化炉的蒸汽入口连接；

余热锅炉的尾气出口分别与气化炉、引射器的入口连接；

所述气化炉和纯氧燃烧器上均设置有纯氧入口。

优选地，所述气化炉上设置有炉渣口，所述炉渣口与煅烧炉的入口连接，煅烧炉上设置有排渣口和空气入口。

优选地，所述高温除尘单元上的合成气出口与废热锅炉的合成气入口之间设置有循环气压缩机。